logo
Калугин

7.10.2 Осаждение слоев кремния на стенках пор и капилляров из парогазовых смесей

В работе [15] были проведены расчеты скоростей роста Vp(z) и времен зарастания tg устьев пор или капилляров в кремнии для наиболее вероятного значения R0 = 50 Å [17] (в этом случае про­цесс роста осуществляется в режиме молекулярного течения, по­скольку  существенно больше d0)

tg = 2R0 / Vp(0) (7.65)

для стандартных условий тетрахлоридного процесса (парогазовая смесь состава SiCl4 + H2). Как и в [18], в качестве базовых значений технологических и физико-химических параметров принимали ха­рактеристики опытно-промышленной эпитаксии кремния: P = P0 = 1,013106 дин/см2; x0 = 10-2 мол. доли; Ts = 1473 K; ks  107 см/с; Е = 38000 кал/моль; Dk = 0,137 см2/с; R = 8,31·107эрг/(моль); K = 1,987 кал/(мольК); 1. Оценка по формуле (7.57) значения ksef для тетрахлоридного процесса показала, что ksef  ks, так как  = D/R0  105 см/с, в то время как ks  23 см/с. Далее оценили по (7.57) значение Da и нашли из (7.55), что 1  10-5. Таким образом, для расчетов использовали формулу (7.63), описывающую процесс в кинетической области. В [15] приведены рассчитанные по фор­муле (7.63) зависимости Vp(z) для 0 = 10-3 – 104 см/с. Из этих дан­ных установили, что для наиболее вероятных малых скоростей по­тока парогазовой смеси для стандартных условий тетрахлоридного процесса 0  10-2 см/с (малоинтенсивная вынужденная конвекция, рециркуляция парогазовой смеси в поре, обязанная гидродинами­ческим неоднородностям потоков, диффузионные потоки и т.д.) скорость роста слоев кремния уменьшается примерно в 103 раз на расстоянии порядка 1 мкм. Отметим, что толщина пористого крем­ния на подложках кремния обычно составляет 1 – 5 мкм. Таким об­разом, уже при 0 = 1 см/с скорость роста уменьшается примерно в 103 раз на расстояниях порядка 100 мкм. Дальнейший рост 0 при­водит к резкому увеличению равномерности зарастания объема ка­пилляров (пор). Эти факты имеют практическое значение при про­изводстве полупроводниковых приборов и интегральных схем и качественных структур "кремний на диэлектрике". В частности, процесс роста эпитаксиальных слоев кремния при 0  10-2 см/с на пористом кремнии приводит к очень быстрому зарастанию устьев капилляров (пор) (за время tg  10-4  10-3 c) [15]. При этом большая часть объема поры по ее длине остается пустой. Это способствует созданию на поверхности пористого кремния (при ее эпитаксиаль­ном заращивании) области пустот, по которой происходит разъе­динение сращиваемых пластин кремния в процессе термообра­ботки. Это одна из наиболее важных стадий современного техноло­гического процесса производства качественных структур "кремний на изоляторе" обосновывается результатами расчетов, приведен­ными в работе [15].

Вопросы для самопроверки:

1. Указать особенности процессов прямого сращивания пластин в процессе получения многослойных структур

2. Указать, от чего зависит качество связываемых поверхностей многослойных структур

3. Описать движение и залечивание пор на границе сращивания стандартных пластин кремния

4. Привести математическое выражение скорости перемещения пор за счет диффузии атомов на ее поверхности в поле температурного градиента

5. Указать скорость движения пор в неоднородном поле напряжений при разных механизмах перемещения

6. Описать диффузионное движение пор под действием сил со стороны дислокаций

7. Указать особенности осаждения слоев кремния на стенках пор и капилляров из парогазовых смесей

Список использованных источников к главе 7

1. Sensor Technology Devices Ed. Ljubisa Rustic. Boston - London: Artech House, 1994. P. 157 – 201.

2. Tong Q.-Y., Goesele U. A Model of Low-Temperature Wafer Bonding And Its Applications // J. Electrochem. Soc. 1996. V. 143. № 5. P.  1773 – 1779.

3. Tong Q.-Y., Goesele U. Wafer Bonding and Layer Splitting for Microsystem // Adv. Mater. 1999. V. 11. №17. P.1409 – 1425.

4. Tong Q.-Y., Goesele U. Semiconductor Wafer Bonding: Science, Technology. Wiley, New York. 1998. 326 p.

5. Тимошенков С.П., Прокопьев Е.П. Некоторые вопросы теории сращивания стандартных пластин кремния // Оборонный комплекс - научно-техническому прогрессу России. 1999. № 3. С. 35 – 44.

6. Прокопьев Е.П., Тимошенков С.П., Калугин В.В. Технология КНИ структур // Петербургский журнал электроники. 2000. № 1. С. 8 – 25.

7. Тимошенков С.П., Прокопьев Е.П., Дьячков С.А., Калу­гин В.В. Очистка и активация поверхности в методе прямого со­единения пластин кремния с использованием химической сборки поверхности методом молекулярного наслаивания с целью получе­ния КНИ структур // Оборонный комплекс - научно-техническому прогрессу России. 2000. № 3. C. 75 – 84.

8. Timoshenkov S.P., Prokopiev E.P. Possibility of silicon wafers bonding with chemical assembling of surface by molecular layers arrangement method // Abstracts on NATO Advanced Research Workshop (NATO ARW). Ukraine. Kyiv, October 2 – 5, 2000. C.23,24.

9. Громов В.Т., Шукайло В.П., Крушинская Т.Н., Ворожцова И.В. Радиационные эффекты в субмикронных интегральных КМОП-транзисторах на структурах кремний на изоляторе // Радиационная стойкость электронных систем. СПЭЛС. 2002. Вып. 5. С. 103, 104.

10. Калашников О.А., Никифоров А.Ю., Гафаров П.М., Маше­вич П.Р. Результаты исследования радиационной стойкости БИС КНИ ПЗУ емкостью 2 Мбит// Радиационная стойкость электрон­ных систем. СПЭЛС. 2002. Вып. 5. С. 51, 52.

11. Никифоров А.Ю., Скоробогатов П.К. Влияние масштабиро­вания на стойкость КНИ приборов к импульсному ионизирующему излучению // Радиационная стойкость электронных систем. СПЭЛС. 2002. Вып. 5. С. 87, 88.

12 Гегузин Я.Е., Кривоглаз М.А. Движение макроскопических включений в твердых телах. М.: Металлургия, 1971. 344 с.

13. Тимошенков С.П., Прокопьев Е.П., Дягилев В.В. Движение и залечивание пор и полостей вблизи границы сращивания стандарт­ных пластин кремния // Известия вузов. Электроника. 1998. № 5. С. 39 – 44.

14. Прокопьев Е.П. Исследования в области технологии получения слоев кремния и сложных систем. М., 1994. 138 с. - Деп. в ЦНИИ "Электроника". Р-5500.

15. Прокопьев Е.П., Зотов В.В., Тимошенков С.П. Модель осаждения слоев кремния на стенках капилляров и пор из парогазовых смесей // Материаловедение. 1998. №3. С. 2 – 4.

16. Перри Дж. Справочник инженера-химика. Т.1. Л.: Химия, 1969. 640 с.

17. Демидович В.М., Демидович Г.Б., Козлов Н.М., Петров А.А. Электрофизический метод определения радиусов пор в пористом кремнии // Вестник МГУ. Сер.3. Физика, Астрономия.1998. № 1. С. 55.

18. Прокопьев Е.П., Петров С.В., Белоусов В.С. Опытно-промышленная эпитаксия кремния: новая аналитическая модель // Петербург. журнал. электроники. 1996. № 1. С. 29.